Đánh giá ảnh hưởng của các yếu tố đến định mức tiêu thụ điện sinh hoạt gia đình các vùng nông thôn

Đánh giá ảnh h−ởng của các yếu tố đến định mức tiêu thụ điện sinh hoạt gia đình các vùng nông thôn An assessment of factors influencing electricity consumption by households in rural areas Trịnh Trọng Ch−ởng1 Summary It was ever believed that there is close association between economic growth and electricity consumption. However, due to recent rapid changes in the energy costs and economic structure the relationship has also undergone changes. There are many indefinite factors influencing electricity consumption of a rural household such as cost of electricity, family size and accommodation area. In the present paper, rural households used statistical data and multiple linear regressions for the analysis of factors affecting normal electricity consumption. As a result, a linear regression model was constructed to describe the function of electricity consumption of households in rural areas. Key words: Rural households, electricity and regression. 1. Đặt vấn đề Trong công tác lập quy hoạch, báo cáo nghiên cứu khả thi và thiết kế các công trình điện th−ờng gặp một số khó khăn trong việc đánh giá định mức về tiêu thụ điện của phụ tải. Đó cũng là một trong những nguyên nhân dẫn đến tình trạng vận hành không kinh tế các công trình điện do dự báo ch−a chính xác, gây lãng phí trong quá trình đầu t− (Donnelly, 1987). Riêng đối với phụ tải điện sinh hoạt khu vực nông thôn, việc xác định giá trị định mức đặc tr−ng cho phụ tải và đánh giá bản chất phụ tải để có thể áp dụng cho các khu vực khác là một công việc quan trọng trong các đề án qui hoạch phát triển điện lực của địa ph−ơng (Đoàn Văn Bình & cs, 2005). Phụ tải điện gia đình là một đại l−ợng có tính ngẫu nhiên, phụ thuộc rất nhiều yếu tố: chủng loại, cơ cấu thiết bị, tập quán sinh hoạt, mức thu nhập..., nh−ng chúng tuân theo một quy luật nhất định. Chính vì vậy trong nghiên cứu phụ tải điện cần dựa trên cơ sở kết hợp xác suất thống kê và toán học giải tích. Sự kết hợp này cho phép tính đến các yếu tố ảnh h−ởng đến sự phát triển của phụ tải. Trong phạm vi bài báo này đề cập đến một số ph−ơng pháp xác định định mức phụ tải điện sinh hoạt nông thôn. 2. Ph−ơng pháp nghiên cứu1 Dựa trên cơ sở của ph−ơng pháp điều tra tiêu thụ điện sinh hoạt (ph−ơng pháp thống kê) và ph−ơng pháp dùng hàm hồi qui tuyến tính đa biến, xây dựng hàm hồi qui cho các loại hộ gia đình, làm cơ sở cho các tính toán thiết kế và dự báo phụ tải điện. 2.1 Ph−ơng pháp thu thập số liệu Tiến hành điều tra thu thập số liệu có liên quan đến tiêu thụ điện sinh hoạt bằng phiếu điều tra tiêu thụ điện, trên cơ sở phân loại đối t−ợng và lựa chọn số l−ợng hộ gia đình. Việc phân loại gia đình đ−ợc tiến hành để sao cho chỉ tiêu tiêu thụ điện sinh hoạt của mỗi loại là t−ơng đối giống nhau cho dù ở các địa ph−ơng khác nhau trong cùng một vùng. Đối với các vùng ven đô và thị trấn, tiến hành phân loại gia đình theo hình thức hoạt động kinh tế: gia đình thuần nông, gia đình buôn bán nhỏ, gia đình bán nông nghiệp, gia đình công nhân, gia đình trí thức, nghệ 1 Tr−ờng Đại học Công nghiệp, Hà Nội nhân... hoặc phân loại theo mức thu nhập hàng tháng: gia đình giàu, gia đình trung bình và gia đình nghèo. Đối với các vùng còn lại tiến hành phân loại theo hộ khẩu hiện có, gồm gia đình ít ng−ời (1 đến 3 ng−ời), trung bình (4 đến 5 ng−ời) và đông ng−ời (6 ng−ời trở lên). Từ kết quả điều tra và lựa chọn số l−ợng gia đình điều tra dễ dàng xác định đ−ợc các đặc tr−ng trung bình của số liệu thống kê. Đó là giá trị trung bình cộng của các số liệu điều tra. Số liệu điện năng ở các vùng nông thôn nói chung rất tản mạn, nhỏ lẻ mà lại bao trùm trên một không gian rộng lớn. Trong khi đó bài toán xác định phụ tải điện sinh hoạt nông thôn lại đòi hỏi những số liệu cụ thể phản ánh đ−ợc tổng thể nhu cầu phát triển kinh tế - xã hội của địa ph−ơng. Ph−ơng pháp thu thập số liệu có −u điểm là phản ánh đ−ợc tính chất quy luật tự nhiên của phụ tải, do số liệu thu đ−ợc là từ thực tế. Việc sử dụng lý thuyết xác suất thống kê lấy số liệu điều tra tiêu thụ điện sinh hoạt hộ gia đình là ph−ơng pháp luận để tính toán các đại l−ợng đặc tr−ng số liệu tiêu thụ điện phân bố. Từ số liệu điều tra sẽ tính toán xác định định mức tiêu thụ điện bằng lý thuyết xác suất thống kê toán học (Phạm Văn Hòa, 1991). 2.2 Ph−ơng pháp hồi qui thực nghiệm Để xác định đ−ợc các yếu tố ảnh h−ởng đến quá trình tiêu thụ điện ở nông thôn, ph−ơng pháp có hiệu quả là dùng hàm t−ơng quan hồi quy tuyến tính hoặc t−ơng quan hồi quy bội. Dùng hàm t−ơng quan hồi quy để đánh giá mối quan hệ giữa các đại l−ợng không phải là một vấn đề mới, tuy nhiên nếu dùng nó để đánh giá sự tiêu thụ điện sinh hoạt là một công việc quan trọng trong việc căn cứ xác định sự biến đổi cũng nh− quy luật phụ tải khu vực nông thôn, miền núi. Ph−ơng pháp này nghiên cứu mối t−ơng quan giữa các thành phần kinh tế, xã hội... nhằm phát hiện những quan hệ về mặt định l−ợng của các tham số dựa vào thống kê toán học. Các mối t−ơng quan đó sẽ đ−a ra một kết quả trong đó nói lên đặc điểm tiêu thụ điện sinh hoạt khu vực nông thôn miền núi. Có hai loại ph−ơng trình hồi quy đ−ợc ứng dụng nhiều trong hệ thống cung cấp điện: ph−ơng trình tuyến tính và ph−ơng trình luỹ thừa. Ph−ơng trình dạng tuyến tính: Đây là dạng ph−ơng trình thông dụng nhất, nó cho phép phân tích đánh giá sự ảnh h−ởng của các nhân tố đối với tham số cơ bản cần xét. Dạng của ph−ơng trình này biểu diễn nh− sau: ∑ = += n i ii XaaY 1 0 . (1) với n: số quan trắc; các hệ số hồi quy; X:,0 iaa i: các nhân tố ảnh h−ởng, hay các biến ngẫu nhiên; Y: tham số cơ bản, có thể coi là hàm của các biến ngẫu nhiên. Ph−ơng trình dạng luỹ thừa: an n aa XXXaY ..... 22 1 10= (2) Ph−ơng trình (2) cũng có thể đ−a về dạng (1) bằng cách lấy logarit 2 vế. Việc lựa chọn hàm hồi quy đ−ợc tiến hành trên cơ sở so sánh các hệ số t−ơng quan. Hệ số t−ơng quan của dạng ph−ơng trình nào lớn thì chọn hàm đó. Xác định các hệ số hồi quy ai: Để xác định các hệ số hồi quy ai ta áp dụng ph−ơng pháp bình ph−ơng cực tiểu, tức là tìm cực tiểu hàm: →+++−∑ = n i ninii XaXaaY 1 2 110 )].....([ min (3) Lấy đạo hàm (1) theo ai và cho triệt tiêu sẽ đ−ợc một hệ ph−ơng trình: ∑ ∑ ∑=+++ inini YXaXaan ...... 110 ∑∑ ∑∑ =+++ iiininii XYXXaXaXa 1121110 ........ (4) ∑∑ ∑∑ =+++ niininniini XYXaXXaXa ........ 2110 Giải (4) sẽ tìm đ−ợc các hệ số hồi quy ai. Các hệ số t−ơng quan đ−ợc xác định nh− sau: yxyx n i ii xy nn YyXx r σσ à σσ .... ))(( 1 = −− = ∑ = (5) với :,YX vọng số của X và Y; :, yx σσ ph−ơng sai của đại l−ợng X, Y. Nếu rxy = ±1 thì giữa X và Y có mối quan hệ hàm số. Nếu rxy = 0 thì giữa X và Y không có mối quan hệ t−ơng quan. Nếu rxy càng gần ±1 thì mối t−ơng quan giữa hai đại l−ợng X và Y càng chặt chẽ, khi rxy = 0 thì cần xem xét chúng có mối quan hệ phi tuyến không bằng cách xác định hệ số t−ơng quan phi tuyến η : 2 2 )( )( 1 Yy Xx i i xy − −−= ∑ ∑η (6) η càng gần 1 thì mối quan hệ càng chặt chẽ, nếu cả r và η đều bằng 0 hoặc gần 0 thì có thể coi giữa chúng không có mối t−ơng quan. Với n là thống kê các giá trị Xi, Yi trong quá khứ. Giá trị r nằm giữa -1 và +1, giá trị r càng lớn thì mối liên hệ tuyến tính giữa các biến ngẫu nhiên càng chặt. Tóm lại hệ số t−ơng quan có thể đ−ợc xem nh− một chỉ tiêu để đánh giá chất l−ợng của hàm lựa chọn. Để xét hệ số t−ơng quan ấy tồn tại ở mức độ nào, ta dùng biểu thức: 2r1 2nr t − −⋅= với t là một đại l−ợng ngẫu nhiên có phân bố Student. So sánh giá trị t tìm đ−ợc theo với bảng phân bổ Student, giả thiết với độ tin cậy 0,95, nếu t > t0,95 thì chứng tỏ các biến ngẫu nhiên Y và X t−ơng quan tuyến tính với nhau. Nh− vậy bằng cách xác định các tổng quan sát ; ; ...và giải hệ ph−ơng trình (4) chúng ta sẽ tìm đ−ợc a ∑ = n 1i iy ∑ = n 1i ix ∑ = n 1i 2 ix i thoả mãn các tính chất không chệch, xác đáng và có hiệu quả. Ph−ơng trình hồi quy biểu diễn mối liên hệ giữa biến ngẫu nhiên Y với biến ngẫu nhiên Xi là một mô hình mà sự thay đổi của đại l−ợng Y thì phụ thuộc vào sự thay đổi của đại l−ợng Xi. Khi các biến ngẫu nhiên ảnh h−ởng đến quá trình tiêu thụ điện tăng lên sẽ làm tăng số ẩn Xi và tăng kích th−ớc bài toán nh−ng thuật toán để tìm nghiệm là nh− nhau, ngày nay với sự trợ giúp của máy tính thì các phép toán đó sẽ trở nên đơn giản; vấn đề đặt ra là chúng ta phải có một bộ dữ liệu quá khứ đủ mức tin cậy để xây dựng hàm hồi quy, dựa trên cơ sở xác định định mức phụ tải bằng các ph−ơng pháp: dùng phiếu điều tra, ph−ơng pháp trực tiếp... Kết quả của ph−ơng pháp nêu trên xác định đ−ợc các hệ số hồi quy ai. Việc xác định định mức tiêu thụ điện sinh hoạt đ−ợc xác định dựa trên cơ sở của ai và các yếu tố ảnh h−ởng khác. 3. kết quả nghiên cứu áp dụng nghiên cứu trên trong việc xác định định mức tiêu thụ điện sinh hoạt của Xóm Ngọc - Xã Trung Minh – Kỳ Sơn- Hoà Bình. Xóm Ngọc, xã Trung Minh nằm cách thị xã Hoà Bình 8 km dọc theo Quốc lộ 6. Dân số tính hết đến năm 2004 là 1075 ng−ời trong tổng số 182 hộ. Số hộ nông nghiệp chiếm 76,2%, còn lại là hộ phi nông nghiệp, trong đó số hộ có thu nhập thấp (31,87%), thu nhập trung bình (54,14%) và thu nhập cao (13,73%) (Cục thống kê tỉnh Hoà Bình, 2005). 3.1. Định mức phụ tải điện sinh hoạt đặc tr−ng Với số hộ dân trên địa bàn là rất lớn nên không thể thống kê tất cả các hộ gia đình, dùng lý thuyết xác suất thống kê để khảo sát tiêu thụ điện chúng ta chỉ cần điều tra một số hộ gia đình đặc tr−ng theo nguyên tắc: Điều tra các hộ thuộc các ngành nghề khác nhau, từ hộ thu nhập thấp đến hộ thu nhập cao; chỉ điều tra những hộ sử dụng phụ tải điện sinh hoạt, ở những khu vực có điện (hoặc từ điện l−ới hoặc từ nguồn phát điện độc lập ). Sau khi phân loại hộ gia đình theo số l−ợng nhân khẩu và mức thu nhập, đã xác định đ−ợc định mức tiêu thụ điện sinh hoạt đặc tr−ng cho các hộ ở nông thôn xóm Ngọc, xã Trung Minh, huyện Kỳ Sơn, Tỉnh Hòa Bình nh− sau: Trong tổng số 58 hộ có thu nhập thấp (nghèo) cần điều tra 34 hộ (58,62%) với mức tiêu thụ điện năng là 6,97 kWh/ng−ời/tháng; Trong tổng số 99 hộ có mức thu nhập trung bình (TB), điều tra 33 hộ (33,33%), với mức tiêu thụ điện năng là 17,07 kWh/ng−ời/tháng; Trong tổng số 25 hộ có thu nhập cao (giàu), điều tra 13 hộ (52%), với mức tiêu thụ điện năng là 36,38 kWh/ng−ời/tháng. Tuy mỗi địa ph−ơng có các điều kiện địa lý, mức độ sử dụng điện và thói quen sinh hoạt, phân loại giàu nghèo... khác nhau nh−ng ph−ơng pháp luận nêu trên có thể sử dụng tính toán tiêu thụ điện cho các địa ph−ơng khác t−ơng tự. 3.2. Định mức tiêu thụ điện sinh hoạt nông thôn theo các yếu tố ảnh h−ởng Điều tra, thống kê các số liệu tiệu thụ điện sinh hoạt và các yếu tố ảnh h−ởng: mức thu nhập, số nhân khẩu, giá điện, giá trị tiện nghi... của địa ph−ơng trên trong các năm 1995 đến 2004 (Đoàn Văn Bình, Trịnh Trọng Ch−ởng, Nguyễn Đức Minh; 2005). Để đảm bảo mức độ chính xác cao ta tiến hành xét cho từng loại hộ gia đình: hộ nghèo, hộ trung bình và hộ giàu. Bằng ph−ơng pháp hồi quy thực nghiệm, kết quả tính toán tìm đ−ợc giá trị hồi quy của mô hình (1) lớn hơn các giá trị hệ số hồi quy của mô hình (2), mô hình đ−ợc chọn là mô hình hồi quy tuyến tính đa biến (1) với các giá trị chỉ tiêu đ−ợc thể hiện ở bảng 1. Bảng 1. Các chỉ tiêu cơ bản tiêu thụ điện sinh hoạt ở Kỳ Sơn - Hoà Bình Giá trị ai riCác chỉ tiêu đánh giá Đơn vị Ký hiệu hộ giàu hộ TB hộ nghèo hộ giàu hộ TB Hộ nghèo Mức thu nhập 106đ/hộ/năm L 90 57,7 33,7 0.94 0.92 0.97 Số nhân khẩu ng−ời N 174 72,9 5,7 0.87 0.85 0.96 Giá bán điện đ/kWh G -1,0 -0,91 0,1 0.72 0.73 0.82 Giá trị tiện nghi W P 0,61 1,13 0,04 0.50 0.55 0.66 Giá trị ri t−ơng đối cao thể hiện mối quan hệ chặt chẽ giữa điện năng tiêu thụ với các biến ảnh h−ởng, hàm t−ơng quan mô tả các yếu tố ảnh h−ởng đến quá trình tiêu thụ điện nông thôn có dạng: Hộ nghèo : PGNLA .04,0.1,0.7,5.7,33115 ++++= (R2 = 0,97) Hộ TB : PGNLA .13,1.91,0.9,72.7,5749,82 +−++= (R2 = 0,96) Hộ giàu : PGNLA .61,0.0,1.174.908,929 +−++−= (R2 = 0,98) Qua các kết quả tính toán ở 2 ph−ơng pháp cho thấy: - Các biến L, N, G, P đều có ảnh h−ởng đến nhu cầu điện sinh hoạt nông thôn; giá trị của các hệ số hồi quy phản ánh đúng thực trạng tiêu thụ điện của từng loại hộ gia đình, còn đối với hộ nghèo do giá trị tiện nghi đều ở mức tối thiểu (rất thấp) nên mức độ ảnh h−ởng là không rõ rệt. - Tuy cả hai ph−ơng pháp nêu trên đều cho kết quả là xác định định mức tiêu thụ điện sinh hoạt nh−ng ph−ơng pháp hồi quy đa biến cho phép phản ánh t−ơng đối đầy đủ diễn biến phát triển của phụ tải điện sinh hoạt nông thôn, vừa có thể dùng làm hàm dự báo nhu cầu điện trong t−ơng lai dựa trên các kịch bản về: kinh tế, quy mô lao động, mức độ trang bị điện gia đình hay ảnh h−ởng của giá bán điện... - Sai số của hai ph−ơng pháp là t−ơng đối nhỏ (4,0% và 3,6%) (Đoàn Văn Bình, Trịnh Trọng Ch−ởng, Nguyễn Đức Minh, 2005), trong khi giá trị R2 của hàm hồi quy rất cao và có thể đi đến nhận xét là hàm hồi quy đa biến (1) một công cụ phù hợp cho tính toán nhu cầu điện sinh hoạt ở nông thôn Việt Nam. - Đối với các hình thức phụ tải khác cần có những tính toán cụ thể để có thể đ−a ra một hàm hồi quy thích hợp. 4. Kết luận Ph−ơng pháp điều tra số liệu cho kết quả khá chính xác, phù hợp với đặc điểm tiêu thụ điện sinh hoạt trong khu vực nông thôn, nó cũng là bộ dữ liệu cơ sở quan trọng cho các tính toán khác. Ph−ơng trình hàm hồi quy có thể dùng làm hàm dự báo nhu cầu điện năng. Khi cần đ−a thêm yếu tố đánh giá thì có thể mở rộng phạm vi ph−ơng pháp bằng cách đ−a thêm các biến ảnh h−ởng X ),,( 0 ii XaafA = i vào ph−ơng trình hồi qui thực nghiệm. Tài liệu tham khảo Cục thống kê tỉnh Hoà Bình (2005). Uỷ ban dân số gia đình & trẻ em Hoà Bình. Thống kê dân số và nhà ở. Nxb Thống kê, trang 52 - 105. Donnelly, W.A. (1987). The Econometecs of Energy Demand. New York: Praeger Publishers, trang 15-78. Đoàn Văn Bình, Trịnh Trọng Ch−ởng, Nguyễn Đức Minh (2005). Quy hoạch l−ới điện huyện Kỳ Sơn, tỉnh Hoà Bình giai đoạn 2005-2010 có xét đến 2015; Viện Khoa học và Công nghệ Việt Nam, Hà nội, trang 1-20. Phạm Văn Hoà (1991). Ph−ơng pháp thu thập về năng l−ợng nông thôn ở Việt Nam. Tạp chí Khoa học kỹ thuật - Viện Khoa học Việt Nam, Hà nội, trang 18-23.